Det offentliges handlinger/unnlatelser – svikt og uventet endring i

Para analisar a estabilidade do talude torna-se essencial reproduzir a sua geometria e delimitar as diferentes camadas existentes. A primeira foi determinada como explicado no ponto 3.2 do presente trabalho. Para a delimitação das camadas existentes, ou seja, do perfil geotécnico, utilizaram-se os ensaios efetuados, destacando-se como mais influentes, os ensaios SPT, os ensaios granulométricos e a permeabilidade obtida in situ. As diferentes propriedades adoptadas para cada material serão explicadas mais à frente. Para além disso, considerações tiveram de ser feitas em relação à orientação das respetivas camadas. Nas análises de estabilidade realizadas em trabalhos anteriores, as camadas consideraram-se paralelas a um eixo horizontal (figura 5.1). Tal situação ocorre geralmente em taludes que sofreram cortes de grande dimensão, não sendo o verificado. Tenha-se em conta que os cortes no talude em estudo existem, no entanto a sua pequena dimensão pensa-se que não terá uma tão grande influência na orientação das camadas. Assim, sendo um talude consideravelmente inalterado, a consideração da orientação das diferentes camadas aproximadamente paralelas à superfície deste torna-se a assunção mais realista (figura 5.2). Salienta-se ainda que esta assunção influencia a análise tornando-a mais conservativa, isto é, a orientação assumida representa o pior caso quando se analisa a formação de superfícies de deslizamento. Com esta orientação, duas camadas com permeabilidades distantes em valor ou com diferentes ordens de grandeza facilitarão a criação de um caminho de percolação entre elas, criando uma muito provável superfície de deslizamento. Para terminar, salienta- se ainda que os resultados obtidos nos diferentes ensaios, realizados em amostras retiradas de diferentes patamares da encosta, demonstraram uma caracterização e comportamento geotécnico e mecânico relativamente semelhantes. Tal facto, traduzido pela existência de um material com igual comportamento ao longo da encosta, reforça a ideia de que a orientação assumida é a mais correta.

Fig. 5.2 - Orientação e geometria admitidas neste trabalho (escala em metros).

É visível, pela análise das duas figuras apresentadas acima, que nesta análise existe uma maior aproximação à realidade evidenciada pela pormenorização do perfil da encosta. Espera-se, deste modo, uma maior precisão nos resultados obtidos. Ainda relacionado com a geometria inserida, torna-se importante a definição da malha de elementos finitos. Esta terá influência apenas na análise hidráulica. O software permite uma maior definição da malha nas regiões onde a água terá maior influência, isto é, aproximadamente nos primeiros quatro metros de profundidade. A malha definiu-se com 2500 elementos de três nós sendo posteriormente ajustada com recurso a 8 regiões (figura 5.3). A segunda, terceira, quarta e quinta regiões foram consideradas as principais ou de maior importância por englobarem a parte do talude mais superficial onde a formação de mecanismos de rotura é considerada expectável. Note-se que não se esperam que se criem superfícies de deslizamento a grandes profundidades devido à baixa permeabilidade das camadas adjacentes. A primeira região, por englobar a parte superior do talude, não será uma área considerada problemática assim como as áreas seis, sete e oito que por representarem partes do talude cuja representação foi feita por razões sobretudo esquemáticas de forma a melhorar a visualização do talude e a sua observação ser mais intuitiva, necessitam de pouca precisão, que se traduz por maiores e menos elementos finitos a constituir esta parte da malha.

Fig. 5.3 - Malha adoptada.

O critério de rotura adoptado foi o de Mohr-Coulomb. Este foi adotado por ser um modelo coesivo- friccional simples e que reflecte bem o comportamento que se verifica na realidade. O código numérico admite um comportamento rígido-plástico, ou seja não considera a deformabilidade dos solos antes da rotura, embora permita a consideração de dilatância, para posicionamento da tensão limite de solos com resistência de pico e residual. Um código deste tipo, com cunhas de forma pré- definida (neste caso semi-circulares) não permite uma análise tensão deformação, o que acarreta alguns erros de forma e localização das superfícies em rotura, podendo alterar a avaliação das zonas potencialmente instáveis, mas com significado pouco relevante em análises correntes. O modelo adoptado relaciona coesão, ângulo de atrito e sucção de acordo com a equação 5.1, sendo estes os parâmetros influentes na estabilidade de um talude.

(

(5.1)

O software divide os seus menus de entrada de dados em análise de estabilidade e análise hidráulica pelo que a apresentação dos dados seguirá a mesma organização.

Fig. 5.4 - Dados de entrada: propriedades dos materiais.

A primeira e a segunda camada que se definiram como constituintes do talude têm as mesmas propriedades mecânicas. Estas foram consideradas como existindo até aos seis metros de profundidade no topo do talude de acordo com os resultados consistentes de cerca de 6 golpes apresentado pelo SPT-2.1. Após a existência destas camadas, verifica-se que o número de golpes necessários para avanço na perfuração ronda os 10 golpes nos dois metros que se seguem pelo que se definiu a terceira camada entre os seis e os oito metros de profundidade. A meio do talude, correspondente ao SPT-2.2, o número equivalente de golpes à primeira e segunda camadas é apenas verificado até aos 2 metros, profundidade até à qual foi considerada a existência destas. Nesta parte do talude definiu-se a terceira camada entre os dois e os sete metros de profundidade também de acordo com a média do número de golpes utilizado para a sua definição no topo. Por fim, no pé do talude as primeiras duas camadas foram definidas até aos nove metros, divididos em três e seis metros, enquanto a terceira terá apenas um metro após as anteriores.

Conforme os resultados dos ensaios apresentados no capítulo 3, onde se salientam mais uma vez os SPT mas também os granulométricos e ensaios de corte direto, adotou-se uma coesão de 4 , um ângulo de atrito de 35.3º e peso volúmico de 16.15 para as duas primeiras camadas. Estas foram assim caracterizadas como argila arenosa e siltosa mole. A terceira camada, sendo bastante similar em termos granulométricos às primeiras, foi caracterizada de acordo com uma argila arenosiltosa, no entanto, devido à maior resistência à penetração do martelo, esta apresenta uma consistência considerada de rija a dura. Assim, o ângulo de atrito será semelhante ao das primeiras camadas diferenciando-se fortemente na parcela da coesão cujo valor adoptado foi de 100 e apresentado um peso volúmico, devido à sua maior consistência, também superior – 20 . A quarta camada, devido ao elevado número de golpes necessários para penetrá-lo, e tendo em conta a caracterização efetuada no relatório SPT, caracterizou-se como argila arenosa e siltosa com formação de rocha. Note-se que esta camada é relativamente irrelevante em termos mecânicos por se encontrar a uma elevada profundidade. Assim, a coesão de 200 e o ângulo de atrito de 38º foram adoptados por se pensar serem valores coerentes à sua descrição e suficientemente elevados para que não limitem o comportamento das camadas superiores.

É em termos hidráulicos que o comportamento da primeira e da segunda camada difere. Tendo por base o ensaio de permeabilidade in situ, apresentado no capítulo 3.3, é significativa a diferença de permeabilidades entre os primeiros dois e o terceiro metro de profundidade. Assim, tendo em conta a

já referida, de duas camadas diferenciadas apesar de partilharem as mesmas características mecânicas. A primeira camada foi definida com um coeficiente de permeabilidade saturado de 1.49E-4 cm/s e a segunda com 5.00E-5 cm/s. Torna-se importante, nesta fase, justificar a opção de definir os coeficientes de permeabilidade saturada de acordo com o ensaio de campo em detrimento do ensaio efetuado em laboratório. De facto, reconhece-se a maior precisão e a possibilidade de controlar as tensões confinantes nos ensaios laboratoriais. No entanto, no caso em questão, é de maior importância a caracterização e comportamento do solo em condições naturais, logo, sem alterações do seu estado de tensão. Note-se que a não alteração do estado de tensão é umas das principais vantagens dos ensaios de campo (Matos Fernandes, 2011). Assim, as perturbações inerentes à retirada e transporte de amostras, mesmo que indeformadas, justificam o uso dos resultados obtidos in situ. Para além disso pode-se ainda referir que o número de leituras efetuadas no ensaio de campo foi bastante superior às leituras efetuadas no ensaio de laboratório. Mesmo tendo em conta que a probabilidade de erros de leitura aumenta, pensa-se que a consistência de resultados tem um maior peso e toma, por isso, maior relevância.

Ainda dentro das propriedades hidráulicas é necessário definir a curva característica de cada material. Esta foi definida na primeira camada de acordo com o resultado obtido no ensaio do método do papel filtro efetuado. É de salientar que os resultados obtidos foram satisfatórios sendo a curva bimodal expectável e justificada tendo em conta a granulometria do material – praticamente dividida entre areia e argila, apresentando uma percentagem muito baixa de silte. Para as restantes camadas, à falta de ensaios, optou-se por definir curvas características modelo que o programa disponibiliza. O modelo utilizado foi o de Van Genuchten que, talvez por ter o maior número de modelos predefinidos disponíveis, foi o que apresentou soluções consideradas como adequadas aos materiais em questão. Deste modo, para a segunda camada optou-se pelo modelo Loamy Sand que representa uma areia argilosa. Para a terceira camada, utilizou-se o modelo Clay Loam cujos valores correspondem a um material de permeabilidade muito baixa demonstrando-se apropriada ao pretendido. Por último, para definir o comportamento hidráulico da quarta camada utilizou-se o modelo Silty Clay. As curvas adotadas encontram-se no anexo A3. Note-se que, apesar da sua alteração para os valores ensaiados, a ordem de grandeza do coeficiente de permeabilidade foi um dos principais fatores a ditar a escolha dos modelos adoptados. Na figura 5.4 são ainda visíveis os parâmetros e o valor de entrada de pressão de ar sendo apresentados alguns valores como correspondentes. No entanto, para definição destes parâmetros optou-se por seleccionar no software a opção em que é utilizado o teor em água para determinação do valor de entrada de pressão de ar. A falta de um ajuste adequado da curva característica ensaiada, em grande parte devido ao seu comportamento bimodal, ditou esta decisão. Ao seleccionar esta opção, o valor de é também automaticamente calculado, não sendo possível defini-lo. Devem assim os valores que se apresentam na figura acima, relativos a estes valores, ser ignorados.

Os teores em água saturados adoptados para os materiais correspondentes às camadas definidas foram os calculados nos ensaios de corte direto, à excepção do primeiro material cujo valor é automaticamente estimado da curva característica que se introduziu. Para finalizar, considerou-se que a permeabilidade vertical é igual à horizontal. A razão desta escolha prende-se sobretudo pela não realização de ensaios onde esta relação se tivesse definido. No entanto, é de salientar que o processo de intemperismo a que os solos deste tipo de formação sofrem tende a homogeneizar as suas propriedades pelo que um comportamento anisotrópico que possa existir não se demonstrará relevante. Ainda nos dados de entrada, é necessário definir o nível freático nos regimes estacionário e transitório. Note-se que neste último se introduzirão as chuvas cuja influência é o principal objeto de estudo do presente trabalho. Quanto ao nível freático, sabe-se que quanto mais elevado este for, mais pequenas

serão as poro-pressões negativas a que o solo que se encontra acima deste estará sujeito. Tendo em conta que as poro-pressões negativas são benéficas à estabilidade do talude, o caso mais conservativo será aquele em que o nível freático se encontra o mais alto possível. Nos ensaios SPT efetuados até aproximadamente 12 metros, apenas se atingiu o nível freático no pé do talude (SPT-2.3), mais concretamente a 5 metros de profundidade. Assim, conduzindo a análise para o lado da segurança analisando o pior caso, definiu-se o nível freático imediatamente abaixo dos 12 metros até aos quais se procedeu à penetração do solo no SPT-2.1. No programa definiu-se então a condição-fronteira no limite esquerdo do talude como total head (ou carga total) de 36 metros.

Uma análise de estabilidade é tão competente quanto o seu método de pesquisa, tomando especial importância a sua adequação ao modelo em estudo. Maciços homogéneos tendem a apresentar superfícies de rotura quase circulares enquanto que, pelo contrário, os heterogéneos e/ou com descontinuidades geológicas que excluem superfícies de rotura mais profundas por terem camadas muito mais resistentes próximas da superfície, tendem a apresentar superfícies de rotura compostas, ou seja, com partes circulares e partes lineares (Fredlund, 1975 através de Canedo, 2013). No talude em estudo, é provável e expectável a existência de uma homogeneização mas apenas dentro de uma mesma camada. Assim sendo, entre camadas, existem diferenças significativas a nível hidráulico, demonstradas pelo ensaio de permeabilidade de campo efetuado. Desta forma, uma superfície composta ou até mesmo planar adequar-se-á melhor. No entanto, como o esperado nem sempre se sucede, decidiu-se correr as primeiras análises utilizando um método de pesquisa circular (método 1) e um não circular (método 2). O método utilizado foi o Auto Refine Search, que segundo o tutorial da Rocscience, utiliza uma abordagem iterativa onde os resultados de uma iteração são usados pela próxima para limitar a área de análise do talude. Este é ainda referido como um algoritmo simples mas eficaz que consegue, em muitos casos, localizar superfícies de deslizamento com fatores de segurança inferiores quando comparado com os outros métodos disponíveis. Para além disso, na pesquisa de superfícies não circulares seleccionou-se a opção de optimização da superfície de rotura por ser altamente recomendada pelo mesmo tutorial.

Por último, o autor chama à atenção para a definição de três pontos no talude cujo objetivo é facilitar e tornar mais eficiente a interpretação de resultados. Estes são nomeados como A, B e C e são representativos da zona superior, intermédia (mais concretamente na zona do estreitamento) e inferior do talude, respetivamente. A localização destes pontos na camada superior justifica-se pelos superficiais mecanismos de rotura que se esperam. A posição dos pontos está representada na figura 5.5.

Fig. 5.5 - Pontos de análise A, B e C.